DE2639370A1 - HEATING ELEMENT - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft Heizelemente und insbesondere Heizelemente, welche einen keramischen Gegenstand mit zellenartiger bzw. wabenförmiger Konstruktur umfassen, der einen positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands hat (nachstehend als "keramischer PTK-Gegenstand" bezeichnet). Dieser besteht aus Bariumtitanat, welches auf beiden Endoberflächen der keramischen, zellenartigen Struktur mit einem Paar Ohmscher Elektroden versehen ist, die hauptsächlich aus Silber als Metallkomponente bestehen.The invention relates to heating elements and, more particularly, to heating elements comprising a ceramic article with a cellular structure or honeycomb-shaped construction, which has a positive temperature coefficient of the electrical Resistance (hereinafter referred to as "ceramic PTK article"). This consists of barium titanate, which on both end surfaces of the ceramic cell-like structure is provided with a pair of ohmic electrodes which consist mainly of silver as a metal component.
Hierin soll die Bezeichnung "zellenartige Struktur" bzw. "wabenförmige Struktur" eine Struktur bzw. ein Gebilde bezeichnen, die eine Vielzahl von sich dadurcherstreckenden, parallelen Kanälen aufweist, wobei jeder dieser Kanäle durch eine Trennwand mit im wesentlichen gleichförmiger Dicke begrenzt ist und ein Verhältnis von Oberfläche zu Volumen im Bereich von 10 bis 60 cm /cnr aufweist.Here, the term “cell-like structure” or “honeycomb structure” is intended to mean a structure or a formation denote having a plurality of parallel channels extending therethrough, each of these channels passing through a partition with a substantially uniform thickness is delimited and a ratio of surface area to volume in Range from 10 to 60 cm / cm.
Es ist schon eine gebrannte bzw. gesinterte Paste, die hauptsächlich aus Silber als Metallkomponente besteht, als Ohmsche Elektrode für plattenförmige keramische PTK-Gegenstände, die aus Bariumtitanat zusammengesetzt sind, bekannt.It is already a fired or sintered paste, which consists mainly of silver as a metal component, as Ohmic electrode for plate-shaped ceramic PTK objects composed of barium titanate is known.
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In der US-PS 3 927 300 wird ein Heizelement beschrieben, bei dem ein Paar von Ohmschen Elektroden, bestehend aus der herkömmlichen gebrannten Silberpaste, auf den entgegengesetzten Endoberflächen 3 und 3* eines keramischen PTK-Gegenstands 1 mit zellenartiger Struktur, bestehend aus Bariumtitanat, und mit einer Vielzahl sich hierdurch erstreckender, paralleler Kanäle vorgesehen ist (Fig. 1). Dieses Heizelement hat aber den Nachteil, daß der Widerstand der Ohmschen Elektroden per se während des Stromflusses zunimmt und daß sich auf den Elektroden Risse bilden und die Ohmschen Elektroden innerhalb kürzester Zeit geschmolzen und gebrochen werden. Ein solches Heizelement hat daher in die Praxis noch keinen Eingang gefunden.In US Pat. No. 3,927,300 a heating element is described in which a pair of ohmic electrodes consisting of conventional silver fired paste, on the opposite end surfaces 3 and 3 * of a PTK ceramic article 1 with a cell-like structure, consisting of barium titanate, and with a large number of parallel channels is provided (Fig. 1). However, this heating element has the disadvantage that the resistance of the ohmic electrodes per se increases during the current flow and that cracks form on the electrodes and the ohmic electrodes be melted and broken within a very short time. Such a heating element has therefore not yet been used in practice Entrance found.
In dieser Druckschrift wird daher schon vorgeschlagen, Aluminium auf die entgegengesetzten Endoberflächen 3 und 31 der Kanäle in dem keramischen PTK-Gegenstand 1 mit zellenartiger Struktur und bestehend aus Bariumtitanat heiß aufzusprühenjj, um Ohmsche Elektroden zu bilden. Aluminium liefert jedoch nur schwierig einen Leiterdraht, wozu noch kommt, daß beim Heißsprühvorgang das aufgesprühte Aluminium an dem inneren Teil der Kanäle 2 haftet, so daß sich die Querschnittsfläche dieser Kanäle vermindert. Dieses Verfahren ist daher ebenfalls nicht zufriedenstellend.In this document it is therefore already proposed to hot spray aluminum onto the opposite end surfaces 3 and 3 1 of the channels in the ceramic PTK article 1 with a cell-like structure and consisting of barium titanate in order to form ohmic electrodes. However, aluminum provides a conductor wire only with difficulty, and there is also the fact that during the hot spraying process the sprayed-on aluminum adheres to the inner part of the channels 2, so that the cross-sectional area of these channels is reduced. This method is therefore also unsatisfactory.
Schließlich wird in dieser Druckschrift noch die Aufschichtung eines korrosionsbeständigen Materials auf das ganze Heizelement beschrieben, doch wird hierdurch lediglich eine elektrische Isolierung gegen elektrisch leitfähige Medien, die erhitzt werden sollen, z.B. Wasser und dergl.,erzielt. Somit besteht zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung keine Beziehung.Finally, in this document, the layering of a corrosion-resistant material on the entire heating element is described, but this only provides electrical insulation against electrically conductive media, to be heated, e.g., water and the like. Thus, there is no relation to the subject matter of the present invention.
Die vorliegende Erfindung baut sich nun auf der Entdeckung auf, daß eine Ohmsche Elektrode, die hauptsächlichThe present invention now builds on the discovery that an ohmic electrode, primarily
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aus Silber als Metallkomponente besteht, bei welcher der Ober-consists of silver as a metal component, in which the upper
flächenwiderstand der Elektrode per se nicht mehr als 10 m/l/cm , vorzugsweise nicht mehr als 5 mJ2/cm , beträgt, als Elektrode für ein Heizelement aus einem keramischen PTK-Gegenstand zu bevorzugen ist, der eine zellenartige Struktur besitzt-und aus Bariumtitanat zusammengesetzt ist.surface resistance of the electrode per se not more than 10 m / l / cm, is preferably not more than 5 mJ2 / cm as the electrode is to be preferred for a heating element made of a ceramic PTK article which has a cell-like structure and composed of barium titanate.
Die Erfindung baut sich weiterhin aus den nachstehend erläuterten, unerwarteten Ergebnissen auf, daß die Wanderung des Silbers, das die Hauptkomponente der Elektrode darstellt, verhindert wird und daß ein Bruch der Elektrode verhindert wird, indem man auf die Elektroden einen elektrisch isolierenden und thermisch stabilen Überzug aufbringt.The invention is further built on the unexpected results discussed below that migration of silver, which is the main component of the electrode, is prevented and the breakage of the electrode is prevented by applying an electrically insulating and thermally stable coating to the electrodes.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Heizelement aus einem keramischen PTK-Gegenstand mit einer zellenartigen Struktur und bestehend aus Bariumtitanat zur Verfügung zu stellen, bei dem der Widerstand der Ohmschen Elektrode per se nicht ansteigt und das daher in stabiler Weise über lange Zeiträume verwendet werden kann.The object of the invention is therefore to provide a heating element made of a ceramic PTK object with a cell-like Structure and consisting of barium titanate available, in which the resistance of the ohmic electrode per se does not increase and therefore can be used stably for long periods of time.
Weiterhin soll durch die Erfindung ein Heizelement zur Verfügung gestellt werden, das aus einem keramischen PTK-Gegenstand mit zellenartiger Struktur, bestehend aus Bariumtitanat, besteht und das mit einem Paar von Ohmschen Elektroden versehen ist, die während des Gebrauchs keine Wanderung des Silbers bewirken.A further aim of the invention is to provide a heating element made from a ceramic PTK object with a cell-like structure, consisting of barium titanate, and with a pair of ohmic electrodes which do not cause the silver to migrate during use.
Schließlich soll durch die Erfindung noch ein Heizelement aus einem keramischen PTK-Gegenstand mit zellenartiger Struktur und bestehend aus Bariumtitanat zur Verfügung gestellt werden, bei dem während des Gebrauchs auf der Elektrode keine Risse entstehenFinally, the invention is also intended to provide a heating element made of a ceramic PTK object with a cell-like Structure and made of barium titanate are made available during use on the electrode no cracks appear
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawings; show it:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines keramischen PTK-Gegenstands mit zellenartiger Struktur und bestehend aus Bariumtitanat;1 shows a perspective view of a ceramic PTK object with a cell-like structure and consisting of Barium titanate;
Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt eines erfindungsgemäßen Heizelements, an das Elektroden angelötet sind, wobei ein Teil weggelassen ist;2 shows an enlarged cross section of a heating element according to the invention to which electrodes are soldered, wherein part is omitted;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Heizelements einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der kreisförmige Bleielektroden eng befestigt sind, undFig. 3 is a perspective view of a heating element of a further embodiment of the invention, in which circular Lead electrodes are tightly attached, and
Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 3» wobei ein Teil weggelassen ist.FIG. 4 shows an enlarged cross section along the line IV-IV of FIG. 3, with a part being omitted.
Die erfindungsgemäßen Heizelemente werden anhand der Zeichnungen näher erläutert.The heating elements according to the invention are explained in more detail with reference to the drawings.
Auf beiden Endoberflächen 3 und 3f des keramischen PTK-Gegenstands mit zellenartiger Struktur, bestehend aus Bariumtitanat, der mit Kanälen versehen ist (vergl. Fig. 1, wobei die Kanäle vergrößert dargestellt sind), ist eine aufgeschichtete Silberpaste vorgesehen, die aus Silberpulver, mindestens einem Metallpulver aus der Gruppe Zinn, Zink, Indium, Gallium, Antimon, Wismut und Cadmium, einem Glaspulver mit niedrigem Schmelzpunkt (Erweichungstemperatur etwa 370 bis 430°C), einem organischen Bindemittel, z.B. einem Alkydharz, und einem organischen Lösungsmittel, wie Fichtennadelöl und dergl., besteht. Die aufgeschichtete Silberpaste wird bei einer Temperatur von etwa 400 bis 65O0C gebrannt, um Ohmsche Elektroden 4 und 4f zu bilden, die hauptsächlich aus Silber als Metallkomponente bestehen und die einen Oberflächenwiderstand der Elektrode per se von nicht mehr als 10 ΐη-Λ/cm besitzen. Die Fig. 2 zeigt, daß Bleielektroden 5 und 51 an einem oder mehreren Teilen der Ohmschen Elektroden 4 und 4f angelötet sind. Die Fig. 4 zeigt, daßOn both end surfaces 3 and 3 f of the ceramic PTK article with a cell-like structure, consisting of barium titanate, which is provided with channels (cf. at least one metal powder from the group consisting of tin, zinc, indium, gallium, antimony, bismuth and cadmium, a glass powder with a low melting point (softening temperature about 370 to 430 ° C), an organic binder, e.g. an alkyd resin, and an organic solvent such as spruce needle oil and the like., consists. The coated silver paste is fired at a temperature of about 400 to 65O 0 C to form ohmic electrodes 4 and 4 f which are mainly composed of silver as a metal component and which have a surface resistance of the electrode per se of not more than 10 ΐη-Λ / own cm. Fig. 2 shows that lead electrodes 5 and 5 1 are soldered to one or more parts of the ohmic electrodes 4 and 4 f. Fig. 4 shows that
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kreisförmige Bleielektroden 6 und 61 an den Umfangen der Ohmschen Elektroden 4 und 41 angebracht sind und daß die Bleielektroden 6 und 61 mechanisch dicht die Ohmschen Elektroden 4 und 4* durch Isolierungsdichtringe 8 und durch Bolzen 9 kontaktieren. Danach werden die Ohmschen Elektroden mit elektrisch isolierenden und thermisch stabilen Überzügen 7 und 7'» z.B. aus einem Silikonharz und/oder einem Polyimidharz u.a., überzogen. Die Harze widerstehen einer Temperatur von 150 bis 200°C, d.h. der Temperatur, die auftritt, wenn das Heizelement aus dem keramischen PTK-Gegenstand verwendet wird. Die Aufschichtung erfolgt durch Sprühen oder Tauchen und der aufgebrachte Überzug wird, wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt wird, gebrannt, wodurch die erfindungsgemäßen Heizelemente erhalten werden. Der Oberflächenwiderstand der Ohmschen Elektroden per se wird durch die Komponenten der Paste, die Brennbedingungen, die Dicke der Ohmschen Elektrode und dergl. beeinflußt. Um den Oberflächenwiderstand der Ohmschen Elektrode per se bei nicht mehr als 10 m-iQ/cm zu halten, wird die Verwendung einer Paste bevorzugt, die hauptsächlich aus Silber als Metallkomponente besteht, zu dem pulverförmiges Zinn und/oder Zink zugegeben worden sind. Das Zinn und/oder das Zink verleihen der Ohmschen Silberelektrode einen relativ niedrigeren Oberflächenwiderstand als die anderen Metalle. Diese zugefügten Metalle verleihen den Silberelektroden Ohmsche Eigenschaften. Weiterhin wird der Volumenwiderstand der Ohmschen Elektrode erhalten durch Backen der Paste, die hauptsächlich aus Silber als Metallkomponente besteht, etwa 7- bis 8mal größer als derjenige der Silberschicht , die erhalten wird, wenn eine Paste ■ gebrannt wird, die allein aus Silber als Metallkomponente besteht. Zum Erhalt einer Ohmschen Elektrode mit einem niedrigen Oberflächenwiderstand von nicht mehr als 10 mjfl/cm durch eine geringe Menge einer Paste, die hauptsächlich aus Silber als Metallkomponente besteht, ist es sehr vorzuziehen, daß, nachdem eine Paste, die hauptsächlich aus Silber besteht und die Zinn, Zink und dergl.circular lead electrodes 6 and 6 1 are attached to the circumference of the ohmic electrodes 4 and 4 1 and that the lead electrodes 6 and 6 1 mechanically tightly contact the ohmic electrodes 4 and 4 * through insulating sealing rings 8 and through bolts 9. The ohmic electrodes are then covered with electrically insulating and thermally stable coatings 7 and 7 ′, for example made of a silicone resin and / or a polyimide resin, among others. The resins withstand a temperature of 150 to 200 ° C, ie the temperature that occurs when the heating element from the ceramic PTK article is used. The coating is carried out by spraying or dipping and the applied coating is fired, as shown in FIGS. 2 and 4, whereby the heating elements according to the invention are obtained. The surface resistance of the ohmic electrodes per se is influenced by the components of the paste, the firing conditions, the thickness of the ohmic electrode and the like. In order to keep the surface resistance of the ohmic electrode per se not more than 10 m-iQ / cm, it is preferable to use a paste composed mainly of silver as a metal component to which powdery tin and / or zinc have been added. The tin and / or the zinc give the ohmic silver electrode a relatively lower surface resistance than the other metals. These added metals give the silver electrodes ohmic properties. Furthermore, the volume resistivity of the ohmic electrode obtained by baking the paste composed mainly of silver as a metal component is about 7 to 8 times larger than that of the silver layer obtained when a paste composed of silver alone as a metal component is fired . In order to obtain an ohmic electrode having a low surface resistance of not more than 10 mjfl / cm by a small amount of a paste composed mainly of silver as a metal component, it is very preferable that, after a paste composed mainly of silver and the Tin, zinc and the like
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als Metallkomponente enthält, aufgeschichtet worden ist, eine weitere Schicht aus einer Silberpaste aufgebracht und aufgebrannt wird, die aus Silber allein als Metallkomponente besteht.contains as a metal component, has been coated, another layer of a silver paste is applied and is burned, which consists of silver alone as a metal component.
Die oben beschriebene Silberpaste besteht aus 50 bis 83 Gew.% Metallpulver, 2 bis 10 Gew.% Glaspulver und 15 bis 40 Gew.% eines Gemisches aus organischem Bindemittel und organischem Lösungsmittel.The silver paste described above consists of 50 to 83% by weight of metal powder, 2 to 10% by weight of glass powder and 15 to 40 % by weight of a mixture of organic binder and organic solvent.
Die Brenntemperatur liegt vorzugsweise im Bereich von 400 bis 6500C. Der Oberflächenwiderstand kann weiterhinThe firing temperature is preferably in the range from 400 to 650 ° C. The surface resistance can furthermore
auf nicht mehr als 10 m^Vcm eingestellt werden, indem man die Paste, die hauptsächlich aus Silber als Metallkomponente besteht, und die oben beschriebene Silberpastenschicht mehrfach aufträgt und die gebildeten, laminierten Schichten brennt. Der Oberflächenwiderstand der Ohmschen Elektrode per se kann durch geeignete Auswahl dieser Bedingungen somitbe adjusted to not more than 10 m ^ Vcm by the paste mainly composed of silver as a metal component and the above-described silver paste layer multiple times applies and the laminated layers formed burns. The surface resistance of the ohmic electrode By appropriately selecting these conditions, per se can thus
auf nicht mehr als 10 m-rt/cm eingestellt werden.be set to not more than 10 m-rt / cm.
Der Grund, warum der Oberflächenwiderstand auf nichtThe reason why the surface resistance is not on
mehr als 10 m,n/cm begrenzt ist, ist wie folgt. Es wurde gefunden, daß bei einem Oberflächenwiderstand von mehr als 10 m Λ/cm , selbst wenn ein elektrischer isolierender und thermisch stabiler Überzug aufgebracht wird, um einen Abbau der Ohmschen Elektrode zu verhindern, der Abbau bzw. die Zerstörung der Ohmschen Elektrode innerhalb einer kurzen Zeitspanne voranschreitet, wie es in den Beispielen beschrieben werden wird, und daß die Lebensdauer kurz wird, so daß kein für die Praxis geeignetes Heizelement erhalten werdenmore than 10 m, n / cm is limited is as follows. It was found that with a surface resistance of more than 10 m / cm, even if an electrical insulating and thermally stable coating is applied to prevent degradation of the ohmic electrode, the degradation or the Destruction of the ohmic electrode progresses within a short period of time, as described in the examples and that the life becomes short, so that a practical heating element cannot be obtained
kann. Wenn der Oberflächenwiderstand nicht mehr als 5 mJ2/cm beträgt, dann wird die Gebrauchszeit länger und ein solcher Fall ist am meisten vorzuziehen.can. When the surface resistance is not more than 5 mJ2 / cm , the usage time becomes longer, and such a case is most preferable.
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Als Material für den elektrisch isolierenden und thermisch stabilen Überzug sind Silikonharze und/oder Polyimidharze vorzuziehen, die gegenüber den Temperaturen stabil sind, die auftreten, wenn das erfindungsgemäße Heizelement aus dem keramischen PTK-Gegenstand verwendet wird. Das Aufbringen des elektrisch isolierenden und thermisch stabilen Überzugs kann, wie oben beschrieben, durch Aufsprühen und/oder Tauchen geschehen. Nachstehend wird die Aufbringung des Überzugs bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Heizelemente näher beschrieben.Silicone resins and / or polyimide resins are used as the material for the electrically insulating and thermally stable coating preferable that are stable to the temperatures encountered when using the heating element of the present invention from the ceramic PTK article is used. Applying the electrically insulating and thermally stable As described above, coating can be done by spraying and / or dipping. The following is the application of the coating described in more detail in the manufacture of the heating elements according to the invention.
Die Ohmsche Elektrode wird aufgebracht. Sodann wird der elektrisch isolierende und thermisch stabile Überzug auf die Ohmsche Elektrode aufgebracht, worauf vor dem Brennen Bleielektroden mechanisch mit den Ohmschen Elektroden kontaktiert und verbunden werden. Hierauf wird der Überzug gebrannt und gehärtet, während das Heizelement in einem solchen Zustand gehalten wird.The ohmic electrode is applied. The electrically insulating and thermally stable coating is then applied to the Ohmic electrode applied, whereupon lead electrodes mechanically contacted with the ohmic electrodes before firing and be connected. The coating is then baked and cured while the heating element is in such a state is held.
Die Ohmschen Elektroden werden aufgebracht und ein elektrisch isolierender und thermisch stabiler Überzug wird auf die Ohmschen Elektroden aufgebracht, und der Überzug wird nur an denjenigen Teilen entfernt, wo die Bleielektroden in Kontakt kommen sollen. Danach wird der Überzug gebrannt und die Bleielektroden kommen mit den Teilen in Kontakt, wo die Überzüge entfernt worden sind.The ohmic electrodes are applied and an electrically insulating and thermally stable coating becomes is applied to the ohmic electrodes and the coating is only removed from those parts where the lead electrodes are in Contact should come. Then the coating is baked and the lead electrodes come into contact with the parts where the Coatings have been removed.
Die Ohmschen Elektroden werden aufgebracht und die Bleielektroden werden an einem oder mehreren Teilen jeder Oberfläche der Ohmschen Elektroden angelötet. Hierauf wird der elektrisch isolierende und thermisch stabile Überzug auf die Oberflächen der Ohmschen Elektroden und der Bleielektroden aufgebracht, wonach der Überzug gebrannt wird.The ohmic electrodes are applied and the lead electrodes are attached to one or more parts of each surface soldered to the ohmic electrodes. The electrically insulating and thermally stable coating is then applied to the Surfaces of the ohmic electrodes and the lead electrodes are applied, after which the coating is fired.
Die Ohmschen Elektroden werden aufgebracht und die Bleielektroden werden mit den Ohmschen Elektroden mechanisch kon-The ohmic electrodes are applied and the lead electrodes are mechanically connected to the ohmic electrodes
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taktiert und damit verbunden. Hiernach wird der elektrisch isolierende und thermisch stabile Überzug auf die Ohmschen Elektroden und die Bleielektroden aufgebracht, während das Heizelement in einem solchen Zustand gehalten wird, worauf der Überzug gebrannt wird.tacted and connected with it. The electrically insulating and thermally stable coating is then applied to the ohmic Electrodes and the lead electrodes are applied while the heating element is kept in such a state, whereupon the coating is baked.
Es ist vorzuziehen, daß der elektrisch isolierende und thermisch stabile Überzug eine Dicke von mindestens 5/um aufweist. Die obere Grenze der Dicke des Überzugs variiert entsprechend den Dimensionen des Heizelements.It is preferable that the electrically insulating and thermally stable coating have a thickness of at least 5 µm. The upper limit of the thickness of the coating varies according to the dimensions of the heating element.
Auf beide Endoberflächen eines keramischen PTK-Gegenstands mit zellenartiger Struktur, einem Durchmesser von 38 mm und einer Dicke von 7 mmf bestehend aus Bariumtitanat mit einer Curie-Temperatur von 200°C, bei der der Widerstand rapid ansteigt, bei dem im Querschnitt 60/cm quadratische Kanäle vorhanden waren, wurden Pasten aufgeschichtet, die hauptsächlich Silber als Metallkomponente enthielten. Die Pasten bestanden aus 67 Gew.% eines Mischmetallpulvers mit einer Zusammensetzung gemäß der folgenden Tabelle, 4 Gew.% Glaspulver mit einer Erweichungstemperatur von 400°C und 29 Gew.%, bezogen auf die Gesamtmenge, eines Alkydharzes und Fichtennadelöl (organisches Lösungsmittel). Die Beschichtungszeiten sind in der Tabelle angegeben. Die aufgeschichteten Pasten wurden bei den in der Tabelle angegebenen Temperaturen gebrannt, wodurch Ohmsehe Elektroden erhalten wurden. Sodann wurden die kreisförmigen Bleielektroden gemäß Fig. angebracht, und hierauf wurde ein Silikonharzlack (Silox Sealing Enamel von der Fuji Kobunshi Kogyo Ltd.) auf die Ohmschen Elektroden zweimal durch Eintauchen aufgebracht. Der aufgeschichtete Silikonharzlack wurde 1 h bei 2500C gebrannt. Auf diese Weise wurden die erfindungsgemäßen Heizelement· - 1 bis 11 erhalten.On both end surfaces of a ceramic PTK object with a cell-like structure, a diameter of 38 mm and a thickness of 7 mm f, consisting of barium titanate with a Curie temperature of 200 ° C, at which the resistance rises rapidly, with a cross-section of 60 / cm square channels were present, pastes containing mainly silver as a metal component were coated. The pastes consisted of 67% by weight of a mixed metal powder with a composition according to the following table, 4% by weight of glass powder with a softening temperature of 400 ° C. and 29% by weight, based on the total amount, of an alkyd resin and spruce needle oil (organic solvent). The coating times are given in the table. The coated pastes were baked at the temperatures shown in the table, whereby ohmic electrodes were obtained. Then, the circular lead electrodes were attached as shown in Fig., And then a silicone resin varnish (Silox Sealing Enamel by Fuji Kobunshi Kogyo Ltd.) was applied to the ohmic electrodes by dipping twice. The coated silicone resin varnish was baked at 250 ° C. for 1 h. In this way, heating elements · -1 to 11 of the present invention were obtained.
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Auf beide Endoberflächen des gleichen keramischen PTK-Gegenstands aus Bariumtitanat, wie oben beschrieben, wurden hauptsächlich aus Silber als Metallkomponente bestehende Pasten zu den in der Tabelle beschriebenen Beschichtungsdicken auf einmal oder zweimal aufgeschichtet,und sodann wurde eine aus Silber allein als Metallkomponente bestehende Pastenschicht ein- bis dreimal aufgeschichtet. Danach wurde gebrannt, um Ohmsche Elektroden zu bilden. Sodann wurde eine Bleielektrode an einem Teil je einer Seitenoberfläche mittels eines Hochtemperatur-Weichlötmittels Pb-Ag, das Silber enthielt, angelötet. Sodann wurde das oben beschriebene Silox aufgebracht und das aufgeschichtete Harz wurde gebrannt, wodurch die erfindungsgemäßen Heizelemente 12 bis 28 erhalten wurden.Both end surfaces of the same barium titanate ceramic PTK article as described above were applied Pastes consisting mainly of silver as a metal component with the coating thicknesses described in the table piled up once or twice, and then became one A paste layer consisting of silver alone as a metal component is stacked one to three times. After that there was a fire to form ohmic electrodes. A lead electrode was then applied to one part of each side surface by means of a high temperature soft solder Pb-Ag containing silver. Then the Silox described above and the coated resin was fired, whereby heating elements 12 to 28 of the present invention were obtained became.
Zu Vergleichszwecken sind Proben, bei denen der Oberflächenwiderstand der Ohmschen Elektrode über 10 m-Ti/cm hinausgeht oder bei denen kein elektrisch isolierender und thermisch stabiler Überzug vorgesehen ist, in den Vergleichsproben 29 bis 38 angegeben. Proben, bei denen die Ohmsche Elektrode mit Aluminium heiß besprüht wurde und die bereits bekannt sind, sind in den Proben 39 bis 41 als herkömmliche Heizelemente gezeigt.For comparison purposes are samples in which the surface resistance of the ohmic electrode exceeds 10 m-Ti / cm or where no electrically insulating and thermally stable coating is provided, specified in comparative samples 29 to 38. Samples where the ohmic Electrode that has been hot-sprayed with aluminum and which are already known are in Samples 39 to 41 as conventional Heating elements shown.
Bei diesen Vergleichsproben und den herkömmlichen Proben wurde eine kreisförmige Bleielektrode gemäß Fig. 3 verwendet.In these comparative samples and the conventional samples, a circular lead electrode as shown in FIG used.
In der folgenden Tabelle sind die erhaltenen Ergebnisse zusammengestellt.The results obtained are summarized in the following table.
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φ ■μφ ■ μ
PQPQ
O OO O
■■dcM■■ dcM
I Ö B •Η CO I Ö B • Η CO
:ctf: ctf
k ö ca φ Φ U ΡΛ Φk ö ca φ Φ U ΡΛ Φ
ο ü-d"ο ü-d "
φ • ä-dφ • ä-d
Tj (D OTj (D O
φ ο -μ X ca i4 ο S φ •Η Ä H" QOP3φ ο -μ X ca i4 ο S φ • Η Ä H " QOP3
•Η• Η
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H Ö• dd
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N ÖN Ö
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φ φ ■ μ>
φ φ
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to ιο in in in γ>-ιο <i- in Cx-vo·^-4·-et <}· in LO LO ιο ro ro to<f <fmvovovo mmmmmmmmm-i mmmmfil·to ιο in in in γ> -ιο <i- in Cx-vo · ^ -4 · -et <} · in LO LO ιο ro ro to <f <fmvovovo mmmmmmmmm-i mmmmfil
vD rocxj o-mvDvD rocxj o-mvD
oo CTvvo mmrococommcMCMc\joo CTvvo mmrococommcMCMc \ j
c\jcvicvi^-cvicvi<fc\i^-rorocvic \ jcvicvi ^ -cvicvi <fc \ i ^ -rorocvi
ODOO^c^J^CDOlMOCraOTCOCTrOOjd^rVJODOO ^ c ^ J ^ CDOlMOCraOTCOCTrOOjd ^ rVJ
to m <i -4- vo VO ro m vo m <f cm to ro cvi ro ro cvj c\j ro ro ro ro <r m ro ro roto m <i -4- vo VO ro m vo m <f cm to ro cvi ro ro cvj c \ j ro ro ro ro <r m ro ro ro
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CVJ CMCVlCVJ CMCVl
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VOVO
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co co co oococo co co ooco
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IaOIaO
3 ω^ωωοοωωωωωοω^ωοΧ5σω^σωοοοοοο3 ω ^ ωωοοωωωωωοω ^ ωοΧ5σω ^ σωοοοοοο
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τ- τ- τ- τ- τ- τ- τ- τ- τ- τ- CM CM CM CM CM CM CM CM CMτ- τ- τ- τ- τ- τ- τ- τ- τ- τ- CM CM CM CM CM CM CM CM CM
709812/0733709812/0733
Tabelle (Fortsetzung) Table (continued)
Probe Gehalt der Metallkomponente(Gew. %) Anzahl d.Aufbrin- Dicke d.Sample content of the metal component (wt. %) Number of application thickness d.
Deckschicht gütigen der PasteCover layer kindly the paste
Nr.No.
Unterschicht Ag Sn Zn In Ga Sb Bi Cd A"g" Sublayer Ag Sn Zn In Ga Sb Bi Cd A "g"
gungen Unterschicht conditions underclass
Deck-Deck-
schichtlayer
Ohmschen Elektrode (/um) Ohmic electrode (/ um)
Oberflächenwi derstand (m-TL/cm2)Surface resistance (m-TL / cm 2 )
Brenntemperatur Firing temperature
(0C)( 0 C)
Vergleichcomparison
29 30 31 32 33 34 35 36 37 3829 30 31 32 33 34 35 36 37 38
82 82 82 82 82 82 82 82 82 8282 82 82 82 82 82 82 82 82 82
100 100100 100
1 21 2
3 1 2 3 5 7 1 23 1 2 3 5 7 1 2
2
12
1
11 20 29 10 18 32 50 73 32 2911 20 29 10 18 32 50 73 32 29
3838
1919th
1414th
4242
2222nd
13 7,9 5,5 2,5 4,613 7.9 5.5 2.5 4.6
520 520 530 520 520 530 550 570 550 550520 520 530 520 520 530 550 570 550 550
Herkomml. HeizelementeHercomml. Heating elements
39 40 41 42 4339 40 41 42 43
-durch Heißsprühen aufgebr.Aluminium-Aluminium applied by hot spray
die Aluminiumschicht wird sogar auf dem Innenteil der Kanäle abgeschiedenthe aluminum layer is even deposited on the inner part of the channels
16 22 42 6316 22 42 63
8585
7,1 5,3 2,67.1 5.3 2.6
1,9 1,51.9 1.5
Probe Vorliegen des isolierenden Nr. ÜberzugsSample Presence of the insulating no. Coating
Zeitspanne,bis +
sich auf der
Ohmschen Elektr.
Risse bilden u.
keine Wärmeerzeugung
mehr bewirkt werden
kann (h) Time span until +
on the
Ohmic electr.
Form cracks u.
no heat generation
more can be achieved
can (h)
Prozentuale Zunahme d. Oberflächenwiderstands d.Ohmschen Elektrode(%) Percentage increase d. Surface resistance of the Ohmic electrode (%)
Bewertungvaluation
ErfindungsgemäßAccording to the invention
3
2
3
3
2
2
3
2
3
3
2
2
1
1
1
1
1
2
2
1
1
1
2
1
1
2
2
13
2
3
3
2
2
3
2
3
3
2
2
1
1
1
1
1
2
2
1
1
1
2
1
1
2
2
1
gut gut gut gut gut gut gut gut gut gut gut gut gut gut gut gut gut gut gut gut gut gut gut gut gut gut gut gutgood good good good good good good good good good good good good good good good good good good good good good good good good Well
CD GO CjD CjOCD GO CjD CjO
--J CD--J CD
Tabelle (Fortsetzung) Table (continued)
-j- _1—(--j- _1 - (-
Probe Vorliegen des iso- Prozentuale Zunahme d. Zeitspanne,bis sich auf d.Ohm- BewertungSample Presence of the iso-percentage increase d. Time span until the d.Ohm evaluation
Nr. lierenden Überzugs Oberflächenwiderstands sehen Elektrode Risse bilden u.No lapping coating surface resistance will see electrode cracking u.
d.Ohmschen Elektrode{%) keine Wärmeerzeugung mehr bewirktd.Ohmic electrode {%) no longer produces heat
werden kann (h)can be (h)
Vergleichcomparison
29 liegt vor 94 600 schlecht29 is bad before 94 600
30 " 65 600 schlecht30 "65 600 bad
31 » 23 650 schlecht31 »23 650 bad
32 liegt nicht vor - 250 schlecht32 is not available - 250 is bad
33 " " - 300 schlecht33 "" - 300 bad
34 " " - 300 schlecht34 "" - 300 bad
35 » " mehr als 100 400 schlecht35 »" more than 100 400 bad
36 » » " " 100 450 schlecht36 »» "" 100 450 bad
37 " " 48 500 schlecht37 "" 48 500 bad
38 » " mehr als 100 450 schlecht38 »" more than 100 450 bad
Herkömml. HeizelementeConventional Heating elements
39 40 41 42 4339 40 41 42 43
mehr alsmore than
Il ItIl It
350350
400400
20002000
20002000
20002000
schlecht nicht gut ,bad / not good ,
nicht gut;;+ nicht gut;;;not good ;; + not good;;;
nicht gutnot good
Fußnote: + Prozentuale Zunahme des Oberflachenwiderstands der Elektrode per se bei einem Gesamtstromfluß von 400 h,wobei 5 min lang 100 V Wechselstrom angewendet werden und sodann 5 min unterbrochen wird.Footnote: + Percentage increase in the surface resistance of the electrode per se with a total current flow of 400 hours applying 100 VAC for 5 minutes and then 5 min is interrupted.
++ Zeitspanne des Stromflusses,bis bei dem Test die Erzeugung von Wärme unmöglich wird,wobei 100 V Wechselstrom 5 min lang angelegt werden und sodann 5 min unterbrochen wird. +++ Die abgeschiedene Fläche der Ohmschen Elektrode auf dem Innenteil der Kanäle ist groß. Die Querschnittsfläche der Kanäle ist ziemlich klein, und der Druckverlust der Luft ist groß.++ Time span of current flow until the test makes it impossible to generate heat, whereby 100 V alternating current are applied for 5 minutes and then interrupted for 5 minutes. +++ The deposited area of the ohmic electrode on the inner part of the channels is large. The cross-sectional area of the channels is quite small, and the pressure loss of the air is big.
CD CO CO COCD CO CO CO
Aus der obigen Tabelle wird ersichtlich, daß die prozentuale Zunahme des Oberflächenwiderstands der erfindungsgemäßen Heizelemente 1 bis 28, bei denen ein elektrisch iso lierender und thermisch stabiler Überzug auf die Ohmsche Elektrode aufgebracht war, die hauptsächlich aus Silber als Metallkomponente bestand und die einen Oberflächenwiderstand der Elektrode per se von nicht mehr als 10 m-^Vcm hatte, erheblich geringer ist als bei den Heizelementen 32 bis 38 der Vergleichsproben, bei denen kein elektrisch isolierender und thermisch stabiler Überzug vorgesehen ist, und der Heizelemente 29 bis 34, bei denen der Oberflächenwiderstand über 10 m-il/cm hinausgeht., sowie der herkömmlichen Heizelemente. Es wird weiterhin ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen Heizelemente über lange Zeiträume ohne die Bildung von Rissen auf der Ohmschen Elektrode selbst nach 2000stündigem Gebrauch sicher verwendet werden können, ohne daß die Wärmeerzeugung unmöglich gemacht wird. Dagegen bilden die anderen Heizelemente mit Ausnahme der herkömmlichen Heizelemente 41 bis 43 Risse auf der Ohmschen Elektrode nach 250 bis 650 h und die Wärmeerzeugung wird unmöglich. Diese Heizelemente sind nicht stabil.From the table above it can be seen that the percentage increase in surface resistance of the invention Heating elements 1 to 28, in which an electrically insulating and thermally stable coating on the ohmic Electrode was applied, which consisted mainly of silver as a metal component and which has a surface resistance the electrode per se was not more than 10 m- ^ Vcm, considerably is lower than with the heating elements 32 to 38 of the comparison samples, in which no electrically insulating and thermally stable coating is provided, and the heating elements 29 to 34, in which the surface resistance is above 10 m-il / cm., As well as the conventional heating elements. It will also be seen that the heating elements according to the invention can last for long periods of time without the formation of cracks on the ohmic electrode can be safely used even after 2000 hours of use without the generation of heat is made impossible. On the other hand, the other heating elements except the conventional heating elements 41 to 43 form cracks on the ohmic electrode after 250 to 650 hours and heat generation becomes impossible. These heating elements are not stable.
Bei den Proben 41 bis 43 der herkömmlichen Heizelemente ist zwar die Wärmeerzeugung über mehr als 2000 h möglich, doch ist das Ausmaß der Ohmschen Elektrode auf dem Innenteil der Kanäle aufgrund des Heißaufsprühens von Aluminium groß und die Querschnittsfläche der Kanäle wird sehr klein und der Druckverlust der Luft wird groß. Solche Heizelemente sind daher nicht gut geeignet.In Samples 41 to 43 of the conventional heating elements, heat generation is possible for more than 2000 hours, but the extent of the ohmic electrode on the inner part of the channels due to the hot spray of aluminum is large and the cross-sectional area of the channels becomes very small and the pressure loss of the air becomes large. Such heating elements are therefore not well suited.
Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, haben die erfindungsgemäßen Heizelemente einen sehr kleinen Anstieg des Oberflächenwiderstands der Ohmschen Elektrode per se durch den synergistischen Effekt, der erhalten wird, indem man eine Ohmsche Elektrode, bestehend hauptsächlich aus Silber und mitAs already stated above, the invention Heating elements cause a very small increase in the surface resistance of the ohmic electrode per se the synergistic effect obtained by using a Ohmic electrode, consisting mainly of silver and with
709812/0733709812/0733
einem Oberflächenwiderstand der Elektrode per se von nicht
mehr als 10 m_<Vcm » u*1*3· einen elektrisch isolierenden und
thermisch stabilen Überzug auf die Oberfläche der Ohmschen Elektrode aufbringt. Die erfindungsgemäßen Heizelementen
sind über lange Zeiträume stabil. Sie können zur Verwendung für Haartrockner, Lufterhitzer, JQeider-Trockner
und dergl. mit gutem Erfolg verwendet werden.a surface resistance of the electrode per se of not more than 10 m_ <V cm >> u * 1 * 3 · applies an electrically insulating and thermally stable coating to the surface of the ohmic electrode. The heating elements according to the invention
are stable over long periods of time. They can be used for hair dryers, air heaters, JQeider dryers
and the like can be used with good success.
70981 2/073370981 2/0733
Claims (11)
Silikonharze und Polyimidharze besteht.8. Heating element according to claim 1, characterized in that the coating consists of at least one resin from the group
Made of silicone resins and polyimide resins.
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| 8263 | Opposition against grant of a patent | ||
| 8235 | Patent refused |